Vergelijkend onderzoek zetstenen voor dijken

(1)

Vergelijkend onderzoek

zetstenen voor dijken

Ruwheid ten aanzien van golfoverslag van

(2)

(3)

Vergelijkend onderzoek zetstenen

voor dijken

Ruwheid ten aanzien van golfoverslag van steenzetting met dambordpatroon en ribbenpatroon

1208618-005

A. Capel

(4)

(5)

Titel

Vergelijkend onderzoek zetstenen voor dijken

Opdrachtgever Rijkswaterstaat, WVL Project 1208618-005 Kenmerk 1208618-005-HYE-0013 Pagina's 60

Vergelijkend onderzoek zetstenen voor dijken - Ruwheid ten aanzien van golfoverslag van steenzetting met dambordpatroon en ribbenpatroon

Trefwoorden

Golfoverslag, ruwheidscoëfficiënt, ruwheidsdichtheid, dambord, ribbenpatroon, steenzetting, dijken.

Samenvatting

Het onderliggende rapport beschrijft het modelonderzoek naar het gedrag van ruwheidspatronen in een dijkbekleding ten aanzien van de golfoploopremmende eigenschappen.

Meer dan 160 testen zijn uitgevoerd waarbij verschillende patroonconfiguraties zijn getest. Zowel een dambordpatroon als een ribbenpatroon is gebruikt en de positie van dit patroon op het dijktalud is gevarieerd. De analyse van resultaten is op twee manieren uitgevoerd:

1 Analyse van meting in relatie tot het TAW-Technisch Rapport “Golfoploop en Overslag bij Dijken” (TAW 2002).

2 Analyse van de paarsgewijs uitgevoerde proeven (met en zonder ruwheid)

De eerste methode heeft een gemakkelijk te gebruiken set ruwheidscoëfficiënten opgeleverd. De tweede methode heeft geresulteerd in een formule waarmee de ruwheidscoëfficiënt bepaald kan worden voor loodrecht invallende golven. Deze ruwheidscoëfficiënt blijkt afhankelijk te zijn van een aantal parameters.

Bij toenemende golfoverslag wordt als gevolg van een toenemende waterlaagdikte van de golfoplooptong de invloed van de ruwheidselementen kleiner en de ruwheidscoëfficiënt zal naar 1,0 gaan voor extreme hoeveelheden overslag. Steile golven ondervinden daarnaast minder ruwheid dan lange golven. De locatie van de ruwheidselementen op het talud is belangrijk. Ruwheidselementen onder water hebben maar een kleine bijdrage in de reductie van de golfoverslag. De ruwheidscoëfficiënt is afhankelijk van het aantal vierkante meters ruwheidselementen verdeeld over het dijktalud.

De proeven zijn uitgevoerd in het kader van het project ‘Vergelijkend onderzoek zetstenen voor dijken’. Dit onderzoek is aan Deltares opgedragen door Rijkswaterstaat WVL, namens het Projectbureau Zeeweringen, het Project Afsluitdijk, het Corperate Innovatieprogramma van RWS en drie noordelijke waterschappen (Wetterskip Fryslân, Waterschap Noorderzijlvest, Waterschap Hunze en Aa’s, in het kader van een projectoverstijgende verkenning van HWBP).

Referenties

project "Vergelijkend Onderzoek Zetsteen", RWS zaaknr. 31087167, 29.11.2013 contactpersoon WVL: ir L.E.B. Saathof

Versie Datum Auteur Paraaf Review Paraaf Goedkeuring Paraaf

1 apr 2014 A. Capel M. Klein Breteler M. van Gent

2 juli 2014 A. Capel M. Klein Breteler M. van Gent

5 okt 2015 A. Capel M. Klein Breteler M. van Gent

6 mei 2016 A. Capel M. Klein Breteler K.J. Bos

Status

(6)

Opdrachtgever Rijkswaterstaat, WVL Project 1208618-005 Kenmerk 1208618-005-HYE-0013 Pagina's 60

(7)

1208618-005-HYE-0013, Versie 6, 9 mei 2016, definitief

i Inhoud 1 Inleiding 1 2 Modelopzet 3 2.1 Faciliteit 3 2.2 Modelschematisering 3 2.3 Modelschaal 4 2.4 Metingen 5 2.5 Configuraties 6 2.6 Testprogramma 8 2.6.1 Algemeen 8 2.6.2 Spectrum 9 2.6.3 Testseries 10

3 Analyse van de resultaten t.o.v. TAW (2002) 15

3.1 Inleiding 15

3.2 Analyse van relatie tussen overslagdebiet en kruinhoogte 15

3.3 Ruwheid 17

3.4 Vergelijking met TAW (2002) 19

3.5 Conclusie op basis van analyse t.o.v. TAW (2002) 22

4 Analyse van proefparen 23

4.1 Inleiding 23 4.2 Golfoverslagvolume 23 4.3 Golfsteilheid 24 4.4 Nokhoogte 25 4.5 Ruwheidsdichtheid talud 26 4.6 Spectrumvorm 32 4.7 Taludhelling 33

4.8 Extreem grote overslag 39

4.9 Schaaleffecten 40

4.10 Ruwheidscoëfficiënt 46

4.11 Voorbeeld Case 48

5 Vergelijking van de twee analysemethoden 51

5.1 Analyse van resultaten ten opzichte van TAW (2002) 51

5.2 Analyse op basis van proefparen 52

6 Conclusie 55

7 Referenties 59

Bijlage(n)

A Dwarsdoorsneden en bovenaanzichten proefopstellingen A-1

(8)

C Procedure bepaling ruwheidscoëfficiënt steenzettingsprofiel met ruwheidspatronen

voor golfoploop en golfoverslag C-1

D Voorbeelden Steenzetting met ruwheidspatroon D-1

E Figuren bij hoofdstuk 3 E-1

(9)

iii

Lijst met Symbolen

Anok het gemiddelde aanstroomoppervlak van de uit het talud stekende nokken per meter dijk, zie

Figuur 5.2 [m]

a,b coëfficiënten in de formule voor het bepalen van het overslagvolume [-]

b coëfficiënt voor de gradiënt in TAW formule 24 [-]

c*/c0/c1/C coëfficiënten [-]

druw diepte onder de stilwaterlijn vanaf waar de ruwheid meetelt [m]

dtong dikte van de golfoplooptong ter hoogte van z boven SWL [m]

fh hoogte van de ruwheidselementen (TAW 2002) [m]

fL hart-op-hart afstand van de ruwheidselementen (TAW 2002) [m]

fb breedte van de ruwheidselementen, haaks op de dijk, gemeten langs het talud (TAW 2002) [m]

g zwaartekrachtversnelling [m/s²]

h lokale waterdiepte aan de teen [m]

ha oplooptong laagdikte op locatiehoogte z [m]

hk relatieve kruinhoogte [m]

hnok nokhoogte [m]

hrefnok referentie nokhoogte [m]

Hmo significante golfhoogte op basis van het variantie-dichtheidspectrum; Hm0=4∙√m0 [m]

Hs significante golfhoogte aan de teen; hier geldt Hs=Hm0 [m]

H2% golfhoogte die door 2% van de golven wordt overschreden [m]

Lm-1,0 golflengte op lokale waterdiepte die hoort bij de spectrale golfperiode Tm-1,0 [m]

L0 fictieve diep water golflengte die hoort bij de spectrale golfperiode Tm-1,0 [m]

m0 oppervlak energiedichtheidspectrum [m2]

N aantal golven [-]

Pov kans op overslag per golf [-]

Pv% P(V ≥V) kans dat het overslagvolume groter dan of gelijk aan V is [-]

q gemiddeld golfoverslag debiet per strekkende meter kruin [m3/m/s]

q* dimensieloos golfoverslagdebiet [-]

q0 overloopcoëfficiënt [-]

som Hm0/(gTm-1,0 2

/(2)) = golfsteilheid op basis van Tm-1,0 (-)

sm-1,0 golfsteilheid gebaseerd op lokale golflengte Lm-1,0 [-]

s0 fictieve golfsteilheid gebaseerd op fictieve diep water golflengte L0 (s0=Hm0/L0) [-]

S(f) variantie-dichtheidspectrum [m2/Hz]

Tm-1,0 gemiddelde energie periode [s]

Tp piekperiode [s]

V volume van overslaande golven per strekkende meter [m3/m]

Vov volume van overslaande golven per strekkende meter met een overschrijdingskans van Pov [m3/m]

V0,1% maximum overslagvolume per strekkende meter kruin bij 1000 golven [m

3

/m]

V relatief overslagvolume per strekkende meter kruin gedefinieerd als (V0,1%-Vov)/Vov [-]

(10)

z2% golfoploophoogte die door 2% van de inkomende golven wordt overschreden [m]

 taludhelling [°]

ruw = f = ruwheidsdichtheid: het gemiddelde aanstroomoppervlak van de uit het talud stekende

nokken per m2 oploopzone tot de kruin, maar niet hoger dan de golfoploophoogte z2% (-)

f reductiefactor op de oploop of overslag als gevolg van de ruwheid bij golfoverslag en golfoploop [-]

f,w ruwheidsbreedte [-]

b factor voor de invloed van een berm (= 1 in dit onderzoek) (-)

 factor voor de invloed van de hoek van golfinval (= 1 in dit onderzoek) (-)

v factor voor de invloed van een verticale wand op het talud (= 1 in dit onderzoek) (-)

f ruwheidsdichtheid op basis van hnok, hk, f,w en sin() [-]

f,w lineaire ruwheidsdichtheid op basis van hk, en f,w [1/m]

f,w* tijdelijke lineaire ruwheidsdichtheid op basis van hk, f,w en sin() [1/m]

0m-1,0 brekerparameter gebaseerd op tan()/√[2Hs/(gTm-1,0 2

)] [-]

(11)

1 van 53

1 Inleiding

In het kader van het project ‘Vergelijkend onderzoek zetstenen voor dijken’ is het effect van een speciale geometrie van de steenzetting op de golfoploop/golfoverslag onderzocht. Dit onderzoek is aan Deltares opgedragen door Rijkswaterstaat WVL, namens het Projectbureau Zeeweringen, het Project Afsluitdijk, het Corperate Innovatieprogramma van RWS en drie noordelijke waterschappen (Wetterskip Fryslân, Waterschap Noorderzijlvest, Waterschap Hunze en Aa’s, in het kader van een projectoverstijgende verkenning van HWBP).

De golfoploop kan op steenzettingen worden beperkt door een speciale geometrie te hanteren, zoals dat van een dambordpatroon. Daarbij wordt de steenzetting aangelegd alsof het een dambord is met op de zwarte vlakken hogere zuilen dan op de witte vlakken. Door uit te gaan van een vlakke ondergrond (steenslag) kan in de praktijk de steenzetting opgebouwd worden door voor de sets (van doorgaans ongeveer één vierkante meter) niet allemaal dezelfde hoogte te kiezen. Door sets van bijvoorbeeld 20 cm en 40 cm om en om op het talud te plaatsen wordt een ruw talud verkregen dat de golfoploop remt (zie Figuur 1.1 voor een voorbeeld met Basalton).

In de praktijk zullen de hoeken van de vlakken niet exact op elkaar aansluiten. We spreken dan van een ‘overlap’: zie Figuur 1.1 voor een voorbeeld met 20% overlap met de hoger gelegen sets. Het ideale dambord heeft een overlap van 0% en wanneer er sprake is van rechte banen het talud op is er een overlap van 100%. Hoe kleiner de overlap, hoe groter het te verwachte effect op de golfoploop/golfoverslag, hoewel het verschil tussen 20% en 0% waarschijnlijk klein is. De grootte van deze overlap zal hoogstwaarschijnlijk langs de dijk variëren, maar verwacht wordt dat een overlapvariatie van 0% tot 40% tot de mogelijkheden behoort.

Figuur 1.1: Basalton steenzetting in dambord patroon met ongeveer 20% overlap

Het doel van dit onderzoek is het bepalen van de golfoploopremmende eigenschappen van een steenzetting voor speciale geometrieën, oftewel de ruwheid in de vorm van een ruwheidsfactor ten aanzien van golfoploop/golfoverslag.

Om dit van een dergelijk dambordpatroon te bepalen zijn meerdere proevenseries uitgevoerd met behulp van kleinschalig modelonderzoek. Als variant op de geometrie van het dambordpatroon is tevens een ribbenpatroon beproefd. In Figuur 1.2 is een soortgelijk ribbenpatroon te zien. Hier is de afstand tussen de ribben groter dan in het model en wordt een rib gevormd door een reeks van twee sets hoog en dan weer één set laag.

(12)

Figuur 1.2: Breskens; steenzetting in ribbenpatroon met veel openingen per rib en een grote afstand tussen de ribben

De opbouw van dit rapport is als volgt. In hoofdstuk 2 wordt de model-opzet van dit onderzoek beschreven. In hoofdstuk 3 worden de resultaten van de ruwheden op basis van de TAW formule (TAW 2002) gegeven. In hoofdstuk 4 wordt de analyse met bijbehorende ruwheidsvoorspelling gegeven en tenslotte in hoofdstuk 5 is de conclusie beschreven.

(13)

3 van 53

2 Modelopzet

2.1 Faciliteit

Het effect van speciale geometrieën op de golfoverslag, zoals een dambordpatroon, is getest in de Oosterscheldegoot van Deltares. De Oosterscheldegoot heeft een lengte van 55m, is 1m breed en 1,2m hoog. De golfgoot maakt bij het golfschot gebruik van actieve reflectie compensatie, een system waarmee gereflecteerde golven van de constructie door het golfschot worden geabsorbeerd. De gereflecteerde golf wordt daarmee dus verwijderd, waarmee onrealistische situaties, die ook niet in de natuur voorkomen, worden voorkomen. Tweede orde golfschotsturing wordt gebruikt voor het genereren van het golfveld.

2.2 Modelschematisering

In Figuur 1.1 en Figuur 1.2 worden voorbeelden van speciale geometrieën in de vorm van het dambordpatroon en het ribbenpatroon weergegeven. Het patroon heeft bij Basalton een typische setbreedte van ca. 1,1 m, terwijl bij bijvoorbeeld Hydroblocks dit 1,0 m is.

Om eenzelfde patroon in de golfgoot te modeleren is gebruikt gemaakt van ruwe kubussen van beton. Hiermee hebben we de hydraulische ruwheid van een steenzetting waarschijnlijk goed genoeg kunnen benaderen. Een voorbeeld is te zien in Figuur 2.1. Deze kubussen zijn 5x5x5 cm groot en representeren per kubus de grootte van een typisch steenzettingsset. Om het hoogteverschil te verkrijgen is in de modelopstelling gebruikgemaakt van betonnen plaatjes van ongeveer 5x5x1,1 cm3. Dit hoogteverschil wordt in het vervolg nokhoogte genoemd. De meest proeven zijn uitgevoerd met een nok hoogte van 11 mm, en enkele zijn uitgevoerd met 16 mm (serie 5b).

In Figuur 2.1 is de 20% overlap tussen de kubussen, zoals in Figuur 1.1 weergegeven, aangebracht door dezelfde plaatjes van 11 mm dikte aan de zijkant van de eerste kubus in de rij te plaatsen. Met deze schematisering van een steenzettingsset is het daarnaast vrij eenvoudig geworden om de overlap te verkleinen of te vergroten en daarmee de invloed van deze parameter in het onderzoek te meten.

Figuur 2.1: modelschematisering steenzetting in dambord patroon

In Figuur 2.2 en Figuur 2.3 is een modelopstelling van het dambordpatroon en het ribbenpatroon als bovenaanzicht en als dwarsdoorsnede weergeven. De sets van de steenzetting zijn per set van ongeveer 1 m2 in de vorm van een kubus gemodelleerd en

(14)

vormen zo het patroon. De kubussen zijn allen geplaatst op een houten ondoorlatende ondergrond. De bovenste rij kubussen heeft geen speciale geometrie gekregen, zodat de hoogte van het kruinniveau goed gedefinieerd is.

Figuur 2.2: Modelopstelling dambordpatroon (links: bovenaanzicht, rechts: dwarsdoorsnede)

Figuur 2.3: Modelopstelling ribbenpatroon (links: bovenaanzicht, rechts: dwarsdoorsnede)

De overgang van een rij met uitstekende nokken naar rijen die geheel glad zijn, lag initieel op of net boven de waterstand in de eerste testseries. Doordat de waterstand in het testprogramma is gevarieerd, is het patroon voor iedere waterstand aangepast.

Om te voorkomen dat het water tussen de rijen in bleef staan is een kleine porositeit aangebracht door alle rijen kubussen een kleine onderlinge afstand van 1 mm te geven. Deze kier is gerealiseerd door op de houten ondergrond een klein stripje met dikte van 1 mm en hoogte van 2 cm te monteren. Daarnaast is er bij het dambordpatroon altijd een overlap aanwezig en zijn er bij het ribbenpatroon per uitstekende rij 3 kubussen verlaagd (niet uitstekend), zie bovenaanzicht Figuur 2.3. Een kier van ongeveer 1 mm was ook aanwezig tussen iedere naastgelegen kubus van een enkele rib.

2.3 Modelschaal

De kubus van 5cm breedte dient een steenzettingsset voor te stellen. Deze set kan een breedte van ongeveer 1,0 tot 1,1m hebben. Om de modelschaal te bepalen hebben we gekozen voor de grootste setbreedte, namelijk 1,10 m. Hiermee wordt een lengteschaal nl

1 2 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 10 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 40393837 3 rij nummer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 21 22 23 24 25 26 rij nummer 1 2 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 10 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 40393837 3 rij nummer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 21 22 23 24

(15)

5 van 53 van 22 verkregen (overslagschaal: nq = nl1,5 = 103). De nokhoogte is dan 24 cm. Vrijwel alle

testseries zijn in dit onderzoek uitgevoerd op een schaal 1:22. In één serie met een ribbenpatroon is een schaal ten aanzien van de geometrie aangepast, waardoor alles twee keer zo groot was. In deze proevenserie werd een set niet door één kubus gevormd maar door vier kubussen en bestond de nokhoogte niet uit één maar uit twee betonnen plaatjes. De drie openingen per rib werden op de grotere schaal gevormd door 1 grote opening van 4 lage kubussen en een halve opening van 2 lage kubussen. In Figuur 2.4 worden beide schalen van eenzelfde ribbenpatroon weergegeven.

Figuur 2.4: Proevenserie ribbenpatroon schaal 1:22 (boven) en schaal 1:11 (onder)

2.4 Metingen

Verschillende metingen hebben plaatsgevonden tijdens de proeven, namelijk:

• Inkomende en gereflecteerde golven door middel van vier golfhoogtemeters op twee plaatsen voor de constructie (zie Figuur 2.5);

Figuur 2.5: positie golfhoogtemeters in Scheldegoot

W HM0 1 W HM0 2 W HM0 3 W HM0 4 W HM0 5 W HM0 6 W HM0 7 W HM0 8 overslag tray

(16)

• Golfoploopmetingen door middel van een diagonaal gespannen capacitieve draad net boven de kubussen (zie Figuur 2.6);

Metingen van de golfoverslag over de hele breedte van de goot. Een overslagbak met drie compartimenten van oplopende grootte stond achter de golfoverslagtrechter. Door gebruik te maken van verschillende grootte compartimenten konden ook kleine overslaghoeveelheden met voldoende nauwkeurigheid gemeten worden.

Figuur 2.6: Meetinstrumenten voor golfoploop (dunne staaldraden, links) en golfoverslag (trechter en bak, rechts) Er is gebruikt gemaakt van twee sets van 4 golfhoogtemeters, in plaats van 3 golfhoogtemeters per set. Dit is gedaan omdat het testprogramma een grote spreiding van golfperiodes en daarmee golflengtes omvat. De analyse van de inkomende en gereflecteerde golven is hierdoor gebaseerd op de methode van Zelt & Skjelbreia (Zelt and Skjelbreia (1992). De volgende data is verkregen vanuit de signalen van de 4 golfhoogtemeters:

 De piekperiode Tp (s); dit is de golfperiode die gerelateerd is aan de piek van het variantie-dichtheidspectrum S(f) (m2/Hz);

 De spectrale golfperiode Tm-1,0 (s);

 De significant golfhoogte Hm0 (m) op basis van het variantie-dichtheidspectrum Hm0=4∙√m0; De significante golfhoogte wordt in de tekst ook aangeduid met Hs.

 De golfhoogte die door 2% van de golven wordt overschreden, H2% (m);

2.5 Configuraties

Het dambordpatroon en het ribbenpatroon zijn in verschillende configuraties getest, namelijk: • het aantal rijen en daarmee dus de grootte van het ruwe oppervlak op het talud;

• de positie van het ruwe oppervlak op het talud; • de grootte van de overlap bij het dambordpatroon; • de grootte van de nokhoogte;

Golfoploopmeter

(17)

7 van 53 • het aantal rijen onder water;

• het effect van alleen rijen bovenin het talud; • de hellingshoek van het talud.

Figuur 2.7 geeft als voorbeeld het bovenaanzicht van de verschillende configuraties.

Figuur 2.7: verschillende configuraties waarbij het aantal rijen, de positie, de overlap en de geometrie is gevarieerd 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 rij nummer kruin 1:3 waterstand (standaard) waterstand (special) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (special) waterstand (special) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 rij nummer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 rij nummer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 rij nummer kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:4 kruin 1:4

Sectie 1a Sectie 1b Sectie 1c Sectie 1d

Sectie 1e Sectie 2a Sectie 2b Sectie 5a/5b

Sectie 6a Sectie 8

Sectie 8: ribbenpatroon; taludhelling 1:4; hk=4.5m ; schaal 1:11 Sectie 6b: kubussen zonder patroon; taludhelling 1:4; hk=4.5m; (niet getekend) Sectie 5b: dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=4.5m; 20% overlap; grotere nokhoogte Sectie 5a: dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=4.5m; 20% overlap;

Sectie 4d: ribbenpatroon; taludhelling 1:3; hk=4.5m; Sectie 4c: ribbenpatroon; taludhelling 1:3; hk=2.5m Sectie 4b: ribbenpatroon; taludhelling 1:3; hk=3.5m Sectie 4a: ribbenpatroon; taludhelling 1:3; hk=4.5m Sectie 3: referentietalud; taludhelling 1:3 (niet getekend) Sectie 2b: dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=3.5m; 40% overlap Sectie 2a: dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=4.5m; 40% overlap Sectie 1e: dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=1.75m; 20% overlap Sectie 1d: dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=2.5m; 20% overlap Sectie 1c: dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=3.5m; 20% overlap Sectie 1b: dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=4.5m; 20% overlap Sectie 1a: dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=6.5m; 20% overlap Sectie 1a-special dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=4.5m; 20% overlap Sectie 1b-special: dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=6.5m; 20% overlap

Sectie 1d-special: dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=6.5m; 20% overlap

Sectie 9: referentietalud; taludhelling 1:4 (niet getekend)

Sectie 5c: kubussen zonder patroon; taludhelling 1:3; hk=4.5m; (niet getekend) Sectie 6a: ribbenpatroon; taludhelling 1:4; hk=4.5m

1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 rij nummer _kruin 1:3 waterstand (standaard) waterstand (special) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (special) waterstand (special) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 rij nummer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 rij nummer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 rij nummer kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:4 kruin 1:4

Sectie 6a Sectie 8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 rij nummer kruin 1:3 waterstand (standaard) waterstand (special) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (special) waterstand (special) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) waterstand (standaard) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 rij nummer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 rij nummer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 rij nummer kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:3 kruin 1:4 kruin 1:4

Sectie 6a Sectie 8

Sectie 8: ribbenpatroon; taludhelling 1:4; hk=4.5m ; schaal 1:11 Sectie 6b: kubussen zonder patroon; taludhelling 1:4; hk=4.5m; (niet getekend)

Sectie 5b: dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=4.5m; 20% overlap; grotere nokhoogte

Sectie 5a: dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=4.5m; 20% overlap;

Sectie 4d: ribbenpatroon; taludhelling 1:3; hk=4.5m; Sectie 4c: ribbenpatroon; taludhelling 1:3; hk=2.5m Sectie 4b: ribbenpatroon; taludhelling 1:3; hk=3.5m Sectie 4a: ribbenpatroon; taludhelling 1:3; hk=4.5m Sectie 3: referentietalud; taludhelling 1:3 (niet getekend)

Sectie 2b: dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=3.5m; 40% overlap

Sectie 2a: dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=4.5m; 40% overlap

Sectie 1e: dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=1.75m; 20% overlap

Sectie 1d: dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=2.5m; 20% overlap

Sectie 1c: dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=3.5m; 20% overlap

Sectie 1a-special dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=4.5m; 20% overlap

Sectie 1b-special: dambordpatroon; taludhelling 1:3; hk=6.5m; 20% overlap

Sectie 6a Sectie 8

Sectie 8: ribbenpatroon; taludhelling 1:4; hk=4.5m ; schaal 1:11

Sectie 6b: kubussen zonder patroon; taludhelling 1:4; hk=4.5m; (niet getekend)

Sectie 5c: kubussen zonder patroon; taludhelling 1:3; hk=4.5m; (niet getekend)

Sectie 6a: ribbenpatroon; taludhelling 1:4; hk=4.5m

Sectie 6a Sectie 8

Sectie 8: ribbenpatroon; taludhelling 1:4; h=4.5m ; schaal 1:11

Sectie 6a Sectie 8

Sectie 4d: ribbenpatroon; taludhelling 1:3; hk=4.5m;

Sectie 4c: ribbenpatroon; taludhelling 1:3; hk=2.5m

Sectie 4b: ribbenpatroon; taludhelling 1:3; hk=3.5m

(18)

Om een goede vergelijking te kunnen maken tussen de golfoploopremmende eigenschappen van het patroon zijn ook met alle golfcondities oploop- en overslagmetingen uitgevoerd met een glad talud. Hiervoor werden dezelfde golfstuurfiles gebruikt, zodat in principe exact dezelfde inkomende golven verkregen werden aan de teen van de constructie.

Het gladde talud was van hout en is zowel met een helling van 1:3 als 1:4 toegepast. Naast het gladde talud van hout is ook een glad talud van kubussen toegepast. De kubussen hebben in deze configuratie een theoretische nokhoogte van 0 cm. Naast het feit dat met deze configuratie een indruk wordt gekregen in hoeverre de gevonden ruwheid aansluit bij die van een standaard steenzetting in de praktijk zal die ook worden gebruikt in de analyse voor het effect van de nokhoogte op de ruwheid.

In bijlage A worden naast al deze bovenaanzichten ook de bijbehorende dwarsdoorsneden gegeven.

2.6 Testprogramma

2.6.1 Algemeen

Het testprogramma dient toepassingen in de Waddenzee, de Ooster- en Westerschelde en het IJsselmeer af te dekken. In de Waddenzee kunnen golven met een significante hoogte van wel 4,0 tot 4,5m optreden. In het IJsselmeer zullen deze eerder orde 1,0-2,0m zijn. In de Oosterscheldegoot kunnen significante golven worden gegenereerd van ongeveer 25 cm groot. Met de gekozen schaal van 1:22 is dus het hele bereik van 1 tot 4,5m goed realiseerbaar.

Bij het opstellen van het proevenprogramma, zie Tabel 2.1, is rekening gehouden met de gehele variatie in golfhoogte, Hs=1,0-4,5m, en golfsteilheden, so=2%-5%, waarbij de fictieve golfsteilheid so gebaseerd is op de fictieve diepwatergolflengte en de energieperiode Tm-1,0 (so = Hs/(1,56Tm-1,02). Echter voor de grootste golven (≥3m) is aangehouden dat deze een minimale golfsteilheid van 3,5% hebben.

De kruin van het model is ten opzichte van de gootbodem constant. Door de waterstand te variëren zijn verschillende relatieve kruinhoogtes getest. De gekozen waterstand is bepaald op basis van een gewenst overslagdebiet van ongeveer 1 tot 5 l/s/m. Dit debiet is de geschatte waarde die vaak aanwezig zal zijn bij de overgang van de steenzetting naar een grasbekleding.

Bij het opstellen van het proevenprogramma is Formule 24 (brekende golven) gebruikt uit het TAW-Technisch Rapport “Golfoploop en Overslag bij Dijken” (TAW 2002) voor het berekenen van het verwachte overslagdebiet. Voor de berekening van de overslag bij verschillende geometrieën is een ruwheidsparameter van 0,8 gekozen. Op basis van eerder onderzoek met een glad houten talud is de 5% ondergrenswaarde van formule 24 gebruikt om de overslagdebieten voor de verschillende waterstanden te berekenen.

Tabel 2.1 geeft het overzicht van de condities. De waarde hk staat voor de kruinhoogte boven de waterstand. Om niet te veel verschillende waterstanden in het definitieve testprogramma op te nemen en daarmee het aantal verbouwingen van de constructie te limiteren is Tabel 2.1 geoptimaliseerd voor 5 waterstanden, zie Tabel 2.2-Testserie 1.

(19)

9 van 53 Tabel 2.1 Basisproevenprogramma (voorgenomen proeven, zie bijlage B voor gerealiseerde proeven)

Test ID Hm0 Tm-1.0 hk so Test ID Hm0 Tm-1.0 hk so Test 101 1.00 3.58 1.25 5.0% Test 141 2.50 6.33 4.50 4.0% Test 102 1.00 4.00 4.0% Test 142 3.00 6.20 5.0% Test 111 1.00 4.62 1.75 3.0% Test 143 2.00 8.00 2.0% Test 112 1.50 4.38 5.0% Test 144 2.50 7.31 3.0% Test 113 1.00 5.66 2.0% Test 151 3.00 6.93 5.25 4.0% Test 121 1.50 4.90 2.50 4.0% Test 152 3.50 6.70 5.0% Test 122 1.50 5.66 3.0% Test 161 2.50 8.95 6.75 2.0% Test 123 2.00 5.06 5.0% Test 162 3.50 7.49 4.0% Test 131 2.00 5.66 3.50 4.0% Test 163 4.00 7.16 5.0% Test 132 1.50 6.93 2.0% Test 164 4.00 8.00 4.0% Test 133 2.50 5.66 5.0% Test 134 2.00 6.53 3.0%

Alle testen zijn uitgevoerd voor 1000 golven. De stuurfiles zijn gemaakt op basis van de Hm0 en Tp. De Tm-1,0 is echter gebruikt in de analyse.

2.6.2 Spectrum

In de TAW-formule voor golfoverslag is ervoor gekozen om de energieperiode Tm-1,0 te gebruiken, waardoor er nog slechts een verwaarloosbare invloed is van de verschillende golfspectra. In het onderzoek van Van Gent (1999) en Van Gent (2001) is de afhankelijkheid van de deze spectrale energieperiode naar voren gekomen. De keuze voor een type golfspectrum is dan niet essentieel meer in golfoploop en overslag.

Het gekozen spectrum in dit onderzoek is voor de meeste proeven het theoretische JONSWAP spectrum. Dit spectrum past het beste voor golfcondities in de Waddenzee, het IJsselmeer en de Ooster- en Westerschelde. De golfcondities worden namelijk het meest gekarakteriseerd door jonge zeegangen. Grote noordwester stormen worden door de banken voor de Nederlandse kust gebroken en golfspectra zullen dan vaak gepiekter zijn dan een Pierson-Moskowitz spectrum. Ook de ‘beschermde’ ligging van dijken in de Ooster- en Westerschelde zorgt ervoor dat de steenzettingen worden belast door golfcondities die bepaald worden door kleine strijklengtes en daardoor een typische jonge zeegang hebben. Een TMA spectrum voor het IJsselmeer is theoretisch ook mogelijk maar levert met name wat meer energie op in het hogere frequentiedeel zoals in Figuur 2.8 te zien is. Aangezien de verwachting was dat dit niet zou leiden tot andere conclusies ten aanzien van de ruwheid van de geometrie is er gekozen om toch een standaard JONSWAP spectrum te hanteren.

Een dubbelpiekig spectrum is ook meegenomen in het testprogramma aangezien een dergelijk spectrum in het oostelijk deel van de Waddenzee voorkomt en dient hier als verificatie of de keuze van het spectrum inderdaad niet essentieel is.

Het dubbelpiekige spectrum is als volgt opgebouwd: de Hm0 is opgebouwd uit een deiningscomponent die gebaseerd is op het PM spectrum waarbij het deinings aandeel voor de meeste condities 10% van de totale energie uitmaakt en in sommige gevallen 30%. De andere component zal een JONSWAP spectrum zijn met windgolven met grotere golfsteilheid. De opgetelde spectra komen theoretisch overeen met de Hm0 en Tm-1,0 van het standaard JONSWAP spectrum. In het testprogramma worden deze condities aangeduid met ‘_1’ in geval van 10% deiningsaandeel en ‘_2’ in geval van 30% deinings aandeel.

(20)

Figuur 2.8: Enkele voorbeelden van veel voorkomende golfspectra 2.6.3 Testseries

Onderstaand is een overzicht gegeven van de verschillende condities per testserie. In Testserie 1 met dambordpatroon (zie Figuren A-1.1 t/m A.1-5) zijn vijf relatieve kruinhoogtes getest (29 testen). Al deze testcondities zijn in Testserie 3 (glad 1:3 referentie talud van hout) herhaald. De overige series waren met name bedoeld om eventuele kleine opbouwverschillen te detecteren en waar mogelijk te kwantificeren. Testserie 1-specials (6 testen) is gevormd door andere combinaties van doorsnedes en testcondities, bijvoorbeeld testconditie TC141 die eerst gecombineerd was met doorsnede 1-B is nu in de specials-serie gecombineerd met doorsnede 1-A, zie ook bovenste afbeeldingen van Figuren A-1.1, A-1.2 en A-1.4. In Testserie 2 (12 testen) is het dambord getest met een overlap van 40% in plaats van 20%, zie Figuren A-2.1 t/m A.2-2. In Testserie 4 (21 testen) is in plaats van een dambordpatroon gekozen voor een ribbenpatroon. Het verschil tussen 4-A en 4-D is de positie van het ribbenpatroon op het talud, zie ook Figuren A-4.1 en A-4.4. In Testserie 5 (21 testen) is de nokhoogte gevarieerd (Figuur A-5.1). In Testserie 6 (16 testen) is het ribbenpatroon op een 1:4 talud geplaatst (Figuur A-6.1). Het talud is verflauwd door te roteren ten opzichte van het snijpunt van de waterlijn met de constructie. De relatieve kruinhoogte is daardoor ook veranderd, maar het aantal ribben is gelijk gebleven. Als variant is ook nog een glad talud van kubussen beschouwd (Figuur A-6.2). In Testserie 7 (3 testen) zijn extreme overslaghoeveelheden getest op dezelfde doorsnede als in 6-A. In Testserie 8 (7 testen) is het ribbenpatroon op schaal 1:11 getest (zie Figuur A-8.1). Aangezien de kruinhoogte ten opzicht van de golfgootbodem gelijk bleef, werd de waterdiepte flink kleiner en waren de golven diepte-gelimiteerd. In Testserie 9 zijn de unieke condities (18 testen) uit testseries 6, 7 en 8 op het referentietalud (een glad houten 1:4 talud) herhaalt. Tabel 2.2 tot en met

Tabel 2.10 geven een overzicht van de opgelegde condities.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 EPM f f

 

_p EJS f f

 

_p ETMA f f

 

_p EJS_tot f f



_{p_swell}f_p



f

(21)

11 van 53 Tabel 2.2: Testserie 1: dambord patroon met talud 1:3 en 20% overlap (doorsnede 1-A t/m 1-E) ; Testserie 3:

houten talud 1:3 (doorsnede 3) (voorgenomen proeven, zie bijlage B voor gerealiseerde proeven)

Doorsnede Testconditie Hm0 Tp Tm-1.0 hk so spectrum

1-A 3 TC 151 3,0 7,62 6,93 6,50 4,00% JONSWAP TC 152 3,5 7,37 6,70 5,00% JONSWAP TC 153 2,5 9,85 8,95 2,00% JONSWAP TC 154 3,5 8,24 7,49 4,00% JONSWAP TC 155 4,0 7,88 7,16 5,00% JONSWAP TC 156 4,0 8,80 8,00 4,00% JONSWAP TC 151_1 3,0 - 6,93 4,00% Dubbel-piekig TC 153_1 2,5 - 8,95 2,00% Dubbel-piekig TC 153_2 2,5 - 8,95 2,00% Dubbel-piekig 1-B 3 TC 141 2,5 6,96 6,33 4,50 4,00% JONSWAP TC 142 3,0 6,82 6,20 5,00% JONSWAP TC 143 2,0 8,80 8,00 2,00% JONSWAP TC 144 2,5 8,04 7,31 3,00% JONSWAP TC 141_1 2,5 - 6,33 4,00% Dubbel-piekig TC 141_2 2,5 - 6,33 4,00% Dubbel-piekig 1-C 3 TC 131 2,0 6,23 5,66 3,50 4,00% JONSWAP TC 132 1,5 7,62 6,93 2,00% JONSWAP TC 133 2,5 6,23 5,66 5,00% JONSWAP TC 134 2,0 7,18 6,53 3,00% JONSWAP TC 131_1 2,0 - 5,66 4,00% Dubbel-piekig TC 131_2 2,0 - 5,66 4,00% Dubbel-piekig 1-D 3 TC 121 1,0 6,23 5,66 2,50 2,00% JONSWAP TC 122 1,5 5,39 4,90 4,00% JONSWAP TC 123 1,5 6,23 5,66 3,00% JONSWAP TC 124 2,0 5,57 5,06 5,00% JONSWAP 1-E 3 TC 111 1,0 3,94 3,58 1,75 5,00% JONSWAP TC 112 1,0 4,40 4,00 4,00% JONSWAP TC 113 1,0 5,08 4,62 3,00% JONSWAP TC 114 1,5 4,82 4,38 5,00% JONSWAP

Tabel 2.3: Testserie 1: dambord met talud 1:3, specials (voorgenomen proeven, zie bijlage B voor gerealiseerde proeven)

1-A TC 141 2,5 6,96 6,33 4,5 4,00% JONSWAP TC 144 2,5 8,04 7,31 3,00% JONSWAP 1-B TC 153 2,5 9,85 8,95 6,5 2,00% JONSWAP TC 156 4,0 8,80 8,00 4,00% JONSWAP 1-D TC 153 2,5 9,85 8,95 6,5 2,00% JONSWAP TC 156 4,0 8,80 8,00 4,00% JONSWAP

Tabel 2.4: Testserie 2: dambord met talud 1:3 en 40% overlap (voorgenomen proeven, zie bijlage B voor gerealiseerde proeven)

2-A TC 131 2,0 6,23 5,66 3,50 4,00% JONSWAP TC 132 1,5 7,62 6,93 2,00% JONSWAP TC 133 2,5 6,23 5,66 5,00% JONSWAP TC 134 2,0 7,18 6,53 3,00% JONSWAP TC 131_1 2,0 - 5,66 4,00% Dubbel-piekig TC 131_2 2,0 - 5,66 4,00% Dubbel-piekig 2-B TC 141 2,5 6,96 6,33 4,50 4,00% JONSWAP TC 142 3,0 6,82 6,20 5,00% JONSWAP TC 143 2,0 8,80 8,00 2,00% JONSWAP TC 144 2,5 8,04 7,31 3,00% JONSWAP TC 141_1 2,5 - 6,33 4,00% Dubbel-piekig TC 141_2 2,5 - 6,33 4,00% Dubbel-piekig

(22)

Tabel 2.5: Testserie 4: ribbenpatroon met talud 1:3 i.p.v. dambord (voorgenomen proeven, zie bijlage B voor gerealiseerde proeven)

4-A TC 141 2,5 6,96 6,33 4,50 4,00% JONSWAP TC 142 3,0 6,82 6,20 5,00% JONSWAP TC 143 2,0 8,80 8,00 2,00% JONSWAP TC 144 2,5 8,04 7,31 3,00% JONSWAP TC 141_1 2,5 - 6,33 4,00% Dubbel-piekig 4-B TC 131 2,0 6,23 5,66 3,50 4,00% JONSWAP TC 132 1,5 7,62 6,93 2,00% JONSWAP TC 133 2,5 6,23 5,66 5,00% JONSWAP TC 134 2,0 7,18 6,53 3,00% JONSWAP TC 131_1 2,0 - 5,66 4,00% Dubbel-piekig TC 131_2 2,0 - 5,66 4,00% Dubbel-piekig 4-C TC 122 1,5 5,39 4,90 2,50 4,00% JONSWAP TC 123 1,5 6,23 5,66 3,00% JONSWAP TC 124 2,0 5,57 5,06 5,00% JONSWAP 4-D TC 141 2,5 6,96 6,33 4,50 4,00% JONSWAP TC 142 3,0 6,82 6,20 5,00% JONSWAP TC 143 2,0 8,80 8,00 2,00% JONSWAP TC 144 2,5 8,04 7,31 3,00% JONSWAP TC 145 3,0 6,30 6,00 5,40% JONSWAP TC 146 3,3 6,00 5,70 6,60% JONSWAP TC 141_1 2,5 - 6,33 4,00% Dubbel-piekig

Tabel 2.6: Testserie 5 dambord patroon van 6 rijen boven en onder water; 1:3; A versie nokhoogte = 0,24m, B versie nokhoogte = 0,35m, C versie met glad kubussen talud (nokhoogte = 0-0,02m)

(voorgenomen proeven, zie bijlage B voor gerealiseerde proeven)

5-A TC 141 2,5 6,96 6,33 4,50 4,00% JONSWAP TC 142 3,0 6,82 6,20 5,00% JONSWAP TC 143 2,0 8,80 8,00 2,00% JONSWAP TC 144 2,5 8,04 7,31 3,00% JONSWAP TC 145 3,0 6,30 6,00 5,40% JONSWAP TC 146 3,3 6,00 5,70 6,60% JONSWAP TC 141_1 2,5 - 6,33 4,00% Dubbel-piekig 5-B TC 141 2,5 6,96 6,33 4,50 4,00% JONSWAP TC 142 3,0 6,82 6,20 5,00% JONSWAP TC 143 2,0 8,80 8,00 2,00% JONSWAP TC 144 2,5 8,04 7,31 3,00% JONSWAP TC 146 3,3 6,00 5,70 6,60% JONSWAP TC 141_1 2,5 - 6,33 4,00% Dubbel-piekig 5-C TC 141 2,5 6,96 6,33 4,50 4,00% JONSWAP TC 142 3,0 6,82 6,20 5,00% JONSWAP TC 143 2,0 8,80 8,00 2,00% JONSWAP TC 144 2,5 8,04 7,31 3,00% JONSWAP TC 145 3,0 6,30 6,00 5,40% JONSWAP TC 146 3,3 6,00 5,70 6,60% JONSWAP TC 122 1,5 5,39 4,90 2,50 4,00% JONSWAP TC 123 1,5 6,23 5,66 3,00% JONSWAP

(23)

13 van 53 Tabel 2.7: Testserie 6 ribbenpatroon 1:4 i.p.v. 1:3; A versie nokhoogte = 0,24m, B versie met

glad kubussen talud (nokhoogte = 0-0,02m) (voorgenomen proeven, zie bijlage B voor gerealiseerde proeven)

6-A TC 141 2,5 6,96 6,33 3,45 4,00% JONSWAP TC 142 3,0 6,82 6,20 5,00% JONSWAP TC 143 2,0 8,80 8,00 2,00% JONSWAP TC 144 2,5 8,04 7,31 3,00% JONSWAP TC 145 3,0 6,30 6,00 5,40% JONSWAP TC 146 3,3 6,00 5,70 6,60% JONSWAP TC 141_1 2,5 - 6,33 4,00% Dubbel-piekig TC 141_2 2,5 - 6,33 4,00% Dubbel-piekig 6-B TC 141 2,5 6,96 6,33 3,45 4,00% JONSWAP TC 142 3,0 6,82 6,20 5,00% JONSWAP TC 143 2,0 8,80 8,00 2,00% JONSWAP TC 144 2,5 8,04 7,31 3,00% JONSWAP TC 145 3,0 6,30 6,00 5,40% JONSWAP TC 146 3,3 6,00 5,70 6,60% JONSWAP TC 141_1 2,5 - 6,33 4,00% Dubbel-piekig TC 141_2 2,5 - 6,33 4,00% Dubbel-piekig

Tabel 2.8: Testserie 7 ribbenpatroon 1:4 –extreme overslag (voorgenomen proeven, zie bijlage B voor gerealiseerde proeven)

6-A TC 251 4,5 8,40 8,00 3,45 4,50% JONSWAP TC 252 5,0 8,93 8,50 4,40% JONSWAP TC 253 5,5 9,45 9,00 4,30% JONSWAP

Tabel 2.9: Testserie 8 ribbenpatroon op talud 1:4 met schaal 1:11 (voorgenomen proeven, zie bijlage B voor gerealiseerde proeven)( *Door de geringe waterdiepte kon de golfhoogte bij de gegeven golfperiode niet gehaald worden de golfmachine brak de sturing af na 670 golven)

8 TC 341 2,2 8,4 8,00 3,45 2,20% JONSWAP TC 342 2,2 7,35 7,00 2,90% JONSWAP TC 343 2,7 8,4 8,00 2,70% JONSWAP TC 344 2,5 6,3 6,00 4,40% JONSWAP TC 345* 2,7 6,3 6,00 4,80% JONSWAP TC 346 2,7 9,45 9,00 2,10% JONSWAP TC 347 2,7 7,35 7,00 3,50% JONSWAP

Tabel 2.10: Testserie 9 glad houten talud. A-versie schaal 1:22, B-versie schaal 1:11 (voorgenomen proeven, zie bijlage B voor gerealiseerde proeven)(*Door de geringe waterdiepte kon de golfhoogte bij de gegeven golfperiode niet gehaald worden de golfmachine brak de sturing af na 670 golven)

9-A TC 141 2,5 6,96 6,33 3,45 4,00% JONSWAP TC 142 3,0 6,82 6,20 5,00% JONSWAP TC 143 2,0 8,80 8,00 2,00% JONSWAP TC 144 2,5 8,04 7,31 3,00% JONSWAP TC 145 3,0 6,30 6,00 5,40% JONSWAP TC 146 3,3 6,00 5,70 6,60% JONSWAP TC 141_1 2,5 - 6,33 4,00% Dubbel-piekig TC 141_2 2,5 - 6,33 4,00% Dubbel-piekig TC 251 4,5 8,40 8,00 4,50% JONSWAP TC 252 5,0 8,93 8,50 4,40% JONSWAP TC 253 5,5 9,45 9,00 4,30% JONSWAP 9-B TC 341 2,2 8,4 8,00 3,45 2,20% JONSWAP TC 342 2,2 7,35 7,00 2,90% JONSWAP TC 343 2,7 8,4 8,00 2,70% JONSWAP TC 344 2,5 6,3 6,00 4,40% JONSWAP TC 345* 2,7 6,3 6,00 4,80% JONSWAP TC 346 2,7 9,45 9,00 2,10% JONSWAP TC 347 2,7 7,35 7,00 3,50% JONSWAP

(24)

(25)

1208618-005-HYE-0009, oktober 2015, definitief

Vergelijkend onderzoek zetstenen voor dijken

Ruwheid ten aanzien van golfoverslag van steenzetting met dambordpatroon en ribbenpatroon

15 van 50

3 Analyse van de resultaten t.o.v. TAW (2002)

3.1 Inleiding

Ruim 160 proeven zijn uitgevoerd om de ruwheid van speciale geometrieën op een dijktalud te onderzoeken. Binnen deze 160 proeven zaten 29 unieke golfcondities op een 1:3 talud en 18 unieke golfcondities op een 1:4 talud. Deze unieke golfcondities zijn allemaal ook voor een glad referentietalud gedraaid.

Er is gekozen om de golfoploopresultaten voorlopig nog niet te beschouwen. Deze data kan niet gemakkelijk gebruikt worden omdat bijvoorbeeld voor het referentietalud ongeveer 1 op 3 golven tot overslag heeft geleid. Een golfoploopwaarde z2% is dan niet te bepalen. Voor de testseries met een specifiek patroon was ook geen z2% waarde af te leiden aangezien hier veel meer dan 1 op de 50 golven tot overslag heeft geleid.

De resultaten van de gemeten golfoverslagdebieten zijn weergegeven in Bijlage B. De golfcondities die aan de teen van de constructie gemeten zijn, staan hier ook.

De analyse is op twee manieren uitgevoerd:

1 Analyse van meting in relatie tot het TAW-Technisch Rapport “Golfoploop en Overslag bij Dijken” (TAW 2002). Dat Technisch Rapport is de huidige standaard die gebruikt wordt voor het toetsen en ontwerpen van dijken in Nederland.

Door hiervan uit te gaan ontstaat echter het gevaar dat nog niet eerder geconstateerde trends over het hoofd gezien worden.

2 Analyse van proefparen

De proeven zijn steeds paarsgewijs uitgevoerd, waarbij steeds een proef is uitgevoerd zonder ruwheid en een met ruwheid. Door deze paarsgewijs te analyseren kunnen nieuwe trends ontdekt worden, maar is het moeilijker om trends en spreiding van elkaar te onderscheiden.

Beide methoden hebben dus hun voor- en nadeel. In dit hoofdstuk wordt de eerste methode gehanteerd en in hoofdstuk 4 de tweede.

3.2 Analyse van relatie tussen overslagdebiet en kruinhoogte

Zoals in TAW (2002) wordt er in deze analyse van de proeven onderscheid gemaakt tussen op het talud brekende en niet brekende golven. Voor gladde taluds zijn de volgende twee formules in TAW (2002) opgenomen met gemiddelde waarden van de coëfficiënten (voor probabilistische berekeningen), die het beste aansluiten bij de toen beschikbare metingen: 3 0 0

0, 067

1 exp

4, 75

tan

k b om m b f v om m

h

q

H

gH



 

    













_





_







(brekende golven) (3.1)

Met als maximum: 3 0 0

1 0, 2 exp

2, 6

k m f m

h

q

H

gH

 













_





_





(niet-brekende golven) (3.2) Met: q = gemiddelde golfoverslagdebiet (m3/m/s)

(26)

Hm0 = significante golfhoogte berekend uit het spectrum ( Hs) (m)

Tm-1,0 = spectrale golfperiode (-)

f = ruwheidscoëfficiënt die toegepast kan worden in golfoploop- en golfoverslagformules

(-)

hk = kruinhoogte ten opzichte van de stilwaterlijn (m)

som = Hm0/(gTm-1,02/(2)) = golfsteilheid op basis van Tm-1,0 (-)

g = versnelling als gevolg van de zwaartekracht (m/s2)

 = taludhelling (o)

om = tan/som = brekerparameter (-)

b = factor voor de invloed van een berm (= 1 in dit onderzoek) (-)

 = factor voor de invloed van de hoek van golfinval (= 1 in dit onderzoek) (-)

v = factor voor de invloed van een verticale wand op het talud (= 1 in dit onderzoek) (-)

Zodra formule (3.2) van toepassing is, is er sprake van niet-brekende golven en anders van brekende golven. Verder geldt volgens TAW (2002) dat de waarde van f constant is voor om <

1,8 en loopt hij lineair op naar 1,0 tussen 1,8 < om < 10 (lange golven en/of zeer steil talud).

Het huidige onderzoek richt zich op het bepalen van f voor de taluds met damborden en taluds

met ribben.

Allereerst is voor elk van de proeven beoordeeld of er sprake is van brekende golven of niet-brekende golven. Er is voor alle proeven berekend of het overslagdebiet volgens formule (3.1) of volgens formule (3.2) het grootste is om zo vast te stellen of er een belasting met brekende of niet-brekende golven was. Voor deze opsplitsing wordt gesteld dat f = 1, want de waarde

van de ruwheidsfactor heeft hierop nauwelijks invloed.

Met het zo verkregen onderscheid tussen brekende en niet-brekende golven zijn de gemeten waarden van de golfoverslag vergeleken met de berekende waarden volgens formules (3.1) en (3.2) met f = 1. Dit is weergegeven in Figuur 7.1 t/m Figuur 7.12 in bijlage E.

In deze figuren is op de verticale as gebruik gemaakt van het dimensieloze overslagdebiet q* = q/(gHm03) op logaritmische schaal en op de horizontale as van de dimensieloze kruinhoogte

hk* = hk/Hm0. Bij de brekende golven is bovendien de waarde op de verticale as

vermenigvuldigd met (tan)/om en die op de horizontale as is gedeeld door om. Op die

manier kan in de figuur ook formule (3.1) weergegeven worden.

De getekende onzekerheid in formule (3.1) en (3.2) is in de figuren weergegeven door met een stippellijn de 5% onder- en overschrijdingslijn uit TAW (2002) te geven.

In alle figuren is met een rode lijn de trend in de meetpunten weergegeven, behalve in de figuren met een glad talud.

Uit Figuur 7.1 t/m Figuur 7.4 blijkt dat de metingen met een glad houten talud en met een gladde steenzetting goed overeenkomen met de formules van TAW (2002). Vrijwel alle metingen liggen binnen de betrouwbaarheidsband van de formules en ook gemiddeld is de afwijking gering (paar procent). De spreiding in de metingen met niet-brekende golven op het houten talud is vrij groot.

Verder valt op dat de proeven met een talud van 1:4 met brekende golven wat meer overslag geven dan volgens de formules van TAW (2002). Het is vooralsnog niet duidelijk waar dit aan ligt.

Ook de proeven met een vrij klein overslagdebiet zijn in de figuren opgenomen. Als q < 0,005 l/s/m in het model (0,5 l/s/m op prototype schaal) zou het resultaat beïnvloed kunnen zijn door